Capitolo 5
Conclusioni
Nel presente lavoro di tesi sono state applicate tecniche 13C NMR a stato solido per studiare la speciazione del carbonio organico in campioni di suolo prelevati nel Parco Naturale Regionale di San Rossore, nella Riserva Naturale Statale di Castel Porziano e nel Parco Naturale dei Monti di Tolfa. Questi suoli, rappresentativi di sistemi costieri con vegetazione tipicamente mediterranea, presentano un basso contenuto di carbonio organico già nel primo orizzonte minerale (≤2% nel caso di S. Rossore e Castel Porziano, ≤4% nel caso di Tolfa). Dato il basso contenuto in SOM di questi suoli, per le analisi NMR è stato necessario pretrattare i campioni con acido fluoridrico, metodo suggerito in letteratura per ridurre la frazione minerale ed eliminare eventuali sostanze paramagnetiche (principalmente ossidi di ferro).
La procedura comunemente utilizzata in ambito pedologico per lo studio della SOM mediante NMR, che consiste nella registrazione di spettri 13C CPMAS e nella misura delle aree spettrali di quattro regioni in cui viene suddiviso lo spettro (regione alchilica, O-alchilica, aromatica e carbonilica), ha consentito di ottenere informazioni puramente qualitative sulla speciazione ed evoluzione della SOM nei tre suoli. In particolare, il primo orizzonte minerale dei suoli di S. Rossore e di Castel Porziano mostrano composizione della SOM simile, con una preponderanza di carbonio O-alchilico, mentre quello del suolo di Tolfa si differenzia dagli altri presentando un maggiore contenuto di carbonio alchilico e aromatico. I tre suoli si differenziano maggiormente al passaggio dal primo al secondo orizzonte minerale: il suolo di S. Rossore non mostra variazioni significative di composizione della SOM fra i due orizzonti ma solo una netta diminuzione del contenuto totale, i suoli di Castel Porziano e di Tolfa mostrano invece un aumento di componente alchilica a scapito della componente O-alchilica. L’insieme di questi dati indica che questi suoli sono caratterizzati da un basso grado di umificazione, maggiore nel caso di Tolfa, e sono soggetti a processi di decomposizione microbica solo nel caso di Castel Porziano e Tolfa. Queste osservazioni sono in accordo con quelle deducibili dal contenuto di carbonio totale e dalla tessitura di questi suoli: l’elevato contenuto in sabbia dei
suoli di S. Rossore e Castel Porziano, rendendo il suolo ben areato e non trattenendo l’acqua piovana, favorisce, oltre alla lisciviazione, l’ossidazione della sostanza organica con produzione di CO2 e H2O, e la conseguente perdita della stessa; il contenuto non trascurabile di argilla presente nel suolo di Tolfa, viceversa, oltre a ridurre i processi ossidativi, consente la formazione di complessi organo-minerali, trattenendo più a lungo la sostanza organica che quindi può essere umificata per attacco microbico.
Nel tentativo di valutare le potenzialità dell’NMR nello studio della SOM, è stata qui applicata, per la prima volta sul suolo intero, una procedura utilizzata finora solo su frazioni della SOM. Tale procedura, detta di spectral editing, consiste nella registrazione di spettri 13C CPMAS che mostrano selettivamente segnali relativi a nuclei 13C in gruppi CH, CH2, CH3 o Cquaternari. Grazie alla semplicità dei sottospettri così ottenuti, è stato possibile determinare il numero e la posizione dei picchi la cui sovrapposizione dà luogo allo spettro CPMAS totale, e utilizzare tale informazione per la deconvoluzione di quest’ultimo, nonché per l’attribuzione dei diversi picchi a gruppi funzionali in composti di classi specifiche (polisaccaridi, lignine, cere, ecc.).
La deconvoluzione degli spettri CPMAS dei tre suoli ha messo in evidenza la presenza di picchi larghi nelle zone aromatiche, alchiliche e O-alchiliche di Castel Porziano e Tolfa, indicando un maggior grado di umificazione rispetto al suolo di S. Rossore, in cui i picchi sono relativamente stretti e quindi attribuibili a specifiche sostanze che hanno subito solamente decomposizione di lieve entità.
Un’analisi accurata dei picchi osservati nei tre spettri ha consentito di stabilire che i tre suoli presentano quantità paragonabili di cellulosa, mentre mostrano quantità diverse di lignina, presente in maggior quantità nei suoli di Castel Porziano e S. Rossore. Quest’ultimo suolo inoltre presenta un elevato contributo di cere e resine, mentre il suolo di Tolfa è il più ricco in amminoacidi. Le differenze osservate riflettono il diverso tipo di vegetazione presente nei siti campionati (Pinus pinaster a S. Rossore, Pinus pinea a Castel Porziano e Arbutus unedo a Tolfa); ciò indica che gli orizzonti superficiali di questi suoli sono relativamente giovani e a basso grado di maturazione, in accordo con il breve tempo di permanenza della SOM in suoli con elevato contenuto di sabbia. Il basso grado di umificazione, il contenuto molto ridotto di carbonio organico e 92
la labilità dello stesso, confermano il rischio di questi sistemi dal punto di vista ambientale, poiché qualsiasi fattore di disturbo antropico o naturale può facilmente rimuovere la già labile sostanza organica presente.
L’insieme degli esperimenti NMR effettuati e delle procedure di analisi dei dati applicate nel presente lavoro di tesi, seppur richiedendo tempi più lunghi e quindi costi più elevati, ha consentito di giungere ad una descrizione della speciazione del carbonio nella SOM molto più approfondita di quella generalmente ottenuta da studi NMR standard. Se i risultati ottenuti possono essere già ritenuti soddisfacenti, il continuo sviluppo sia strumentale che teorico della spettroscopia NMR a stato solido consentirà di accedere a informazioni sempre più dettagliate sulla complessa natura della sostanza organica del suolo.
